| 第二節(jié) 預(yù)加力的計算與預(yù)應(yīng)力損失的估算 | ||
| | ||
|
在預(yù)應(yīng)力混凝土（prestressed concrete）構(gòu)件內(nèi)，預(yù)張拉力的大小并不是一個恒值，因預(yù)應(yīng)力筋中的預(yù)拉應(yīng)力在張拉施工和使用過程中會逐漸減少，也使混凝土中預(yù)壓應(yīng)力相應(yīng)減少。預(yù)應(yīng)力筋中這種應(yīng)力減少的現(xiàn)象稱為預(yù)應(yīng)力損失。因此，根據(jù)荷載大小需要而設(shè)計的預(yù)拉應(yīng)力，應(yīng)該為扣除預(yù)應(yīng)力損失后的永存預(yù)應(yīng)力。為了確定永存預(yù)應(yīng)力，一是要確定張拉時鋼筋的初始應(yīng)力（一般稱為張拉控制應(yīng)力），二是要正確估算各項預(yù)應(yīng)力損失值。三者之間的關(guān)系為：  張拉控制應(yīng)力，是指張拉鋼筋進行錨固前，張拉千斤頂所指示的總拉力除以預(yù)應(yīng)力鋼筋截面積所求得的鋼筋應(yīng)力值。 鋼筋張拉應(yīng)力與所采用的鋼筋品種有關(guān)。 《公橋規(guī)》規(guī)定，預(yù)應(yīng)力鋼筋在構(gòu)造端部（錨下）的控制應(yīng)力應(yīng)符合下列規(guī)定： 對于鋼絲、鋼絞線:σcon≤0.75fpk; 對于精軋羅紋鋼筋:σcon≤0.90fpk; 《公橋規(guī)》規(guī)定，在計算構(gòu)件截面應(yīng)力和確定鋼筋的控制應(yīng)力時，應(yīng)考慮由下列因素引起的六種預(yù)應(yīng)力損失: a、預(yù)應(yīng)力鋼筋與管壁之間的摩擦損失σl1； b、錨具變形、鋼筋回縮、分塊拼裝構(gòu)件的接縫壓縮損失σl2； c、混凝土加熱養(yǎng)護時，預(yù)應(yīng)力鋼筋與臺座之間的溫度損失σl3； d、混凝土的彈性壓縮損失σl4； e、預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力松弛損失σl5； f、混凝土的收縮和徐變損失σl6。 （一）鋼筋與管道壁之間的摩擦引起的應(yīng)力損失  2、計算：  3、為了減小摩擦阻力損失，一般可采用如下措施： a、采用兩端同時張拉； b、進行超張拉。 一般采用的超張拉程序是： 0--初應(yīng)力（0.1σcon)--1.05σcon--(持荷2mins)--0.85σcon--σcon（錨固） （二）錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的應(yīng)力損失 1、原因：后張法構(gòu)件中，當張拉結(jié)束并開始錨固時，錨具開始受力，這時，由于錨具本身的變形、鋼絲的滑動、墊板縫隙壓密以及分塊拼裝時的接縫壓縮等因素，均會使已張拉好的鋼筋略有松動，造成應(yīng)力損失。 2、計算：
 《公橋規(guī)》還指出，在計算錨具變形、鋼筋回縮等引起的應(yīng)力損失時，可考慮與張拉鋼筋時的摩擦阻力相反的摩阻作用。 （三）鋼筋與臺座之間溫差引起的應(yīng)力損失 1、原因：這項損失僅發(fā)生在先張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中。張拉鋼筋是在常溫下進行的，采用蒸汽和其他方法加熱養(yǎng)護混凝土時，形成鋼筋與臺座之間的溫度差。鋼筋將因溫度升高而伸長，而臺座埋在地下，溫度基本上不發(fā)生變化，仍維護原來的相對距離。由于養(yǎng)護時混凝土尚未結(jié)硬，鋼筋受熱后可在混凝土中自由伸長。這樣，預(yù)應(yīng)力鋼筋就被放松而產(chǎn)生應(yīng)力下降，等降溫時，鋼筋已與混凝土結(jié)成整體，無法恢復(fù)到原來的應(yīng)力狀態(tài)，于是產(chǎn)生了應(yīng)力損失。 2、計算：  取Ep＝2×105。則應(yīng)力損失計算公式為:  3、為了減少溫差引起的應(yīng)力損失，可采用二次升溫分階段養(yǎng)護的措施。 （四）混凝土彈性壓縮所引起的應(yīng)力損失 1、原因：當混凝土構(gòu)件受到預(yù)壓應(yīng)力而產(chǎn)生壓縮應(yīng)變εc時，則已經(jīng)張拉并錨固于混凝土構(gòu)件上的預(yù)應(yīng)力鋼筋，亦將產(chǎn)生與該鋼筋重心水平處混凝土同樣的壓縮應(yīng)變εp=εc，因而引起預(yù)拉應(yīng)力損失，并稱為混凝土彈性壓縮損失。 2、計算： （１）先張法構(gòu)件 式中：σpc--在計算截面的鋼筋重心處，由全部鋼筋預(yù)加力產(chǎn)生的混凝土法向應(yīng)力（MPa), 可按下式計算： （２）后張法構(gòu)件 后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中，鋼筋往往分批進行張拉錨固，故彈性壓縮損失又稱為分批張拉預(yù)應(yīng)力損失。 《公橋規(guī)》規(guī)定，分批張拉應(yīng)力損失可按下列公式計算： 式中：ΣΔσpc-在計算截面先批張拉的鋼筋重心處，由于隨后張拉各批鋼筋時所產(chǎn)生的應(yīng)力之和；在設(shè)計實踐中可采用下面的假設(shè)進行近似計算： 在設(shè)計實踐中常采用下面的假設(shè)進行近似計算： a、對于簡支梁，計算L/4截面的σl4作為全梁各截面的損失值。 b、假定同一截面（如L/4截面）內(nèi)的所有預(yù)應(yīng)力鋼筋都集中布置于其合力作用點，并假定各批鋼筋的張拉力都相等，其值等于各批鋼筋張拉力的平均值。求得每一批張拉鋼筋所產(chǎn)生的混凝土正應(yīng)力為： 第ｉ批鋼筋的應(yīng)力損失應(yīng)為 c、進一步假定以1/4截面上全部預(yù)應(yīng)力鋼筋重心處彈性壓縮應(yīng)力損失的平均值，作為各批（束）鋼筋由混凝土彈性壓縮引起的應(yīng)力損失值，最后公式為： 3、分批張拉時，由于每批鋼筋的應(yīng)力損失不同，則實際有效應(yīng)力不等。補救方法如下： （１）重復(fù)張拉先張拉過的預(yù)應(yīng)力鋼筋； （２）超張拉先張拉的預(yù)應(yīng)力鋼筋。 （五）鋼筋松弛引起的應(yīng)力損失 1、原因：試驗指出，鋼筋的應(yīng)力松弛與鋼筋的成分、加工方式、張拉鋼筋應(yīng)力大小及其延續(xù)時間有關(guān)。 2、計算：《公橋規(guī)》規(guī)定：由鋼筋松弛引起的應(yīng)力損失的終極值，按下式計算： （1）對于精軋螺紋鋼筋 一次張拉σl5=0.05σcon 超張拉σl5=0.035σcon （2）對于預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線 （六）混凝土收縮和徐變引起的應(yīng)力損失 1、原因：由于混凝土的收縮和徐變，使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件縮短，預(yù)應(yīng)力鋼筋也隨之回縮，從而使鋼筋預(yù)應(yīng)力值降低，造成預(yù)應(yīng)力損失。 2、計算：《公橋規(guī)》推薦收縮、徐變應(yīng)力損失計算為： 以上預(yù)應(yīng)力損失的計算值，僅僅只能作為設(shè)計的一般依據(jù)，隨著施工條件的變化，實際損失會有所不同，因此實際的損失值和計算值會有差距，除加強施工工藝的管理外，還應(yīng)作好損失值的實測試驗工作，根據(jù)實測損失值來隨時調(diào)整損失值與張拉力之間的關(guān)系。 上述六種預(yù)應(yīng)力損失，有些出現(xiàn)在混凝土預(yù)壓以前，有些出現(xiàn)在混凝土預(yù)壓以后，有些很快即完成，有些則需要延續(xù)很長時間。通常按損失完成的時間將其分為兩階段，第一階段為預(yù)加應(yīng)力階段發(fā)生的應(yīng)力損失σⅠl，第二階段為使用荷載作用階段發(fā)生的應(yīng)力損失σⅡl（見表12-2）。 |
